Ambiguity resolution and ionospheric calculations for VLBI CONT17 sessions with VieVS

Abstract

Very Long Baseline Interferometry (VLBI) spielt in der Geodäsie eine sehr wichtige Rolle, da sie wichtige Produkte wie alle fünf Erdorientierungsparameter (EOP) liefert und die einzige weltraumgeodätische Technik ist, die zum Internationalen Himmelsreferenzrahmen (ICRF) beiträgt. Zu Beginn der VLBI-Analyse muss die Ambiguitätsauflösung der S/X-Band Multiband-Delays durchgeführt und die ionosphärische Kalibrierung berechnet werden. In der Vergangenheit wurden diese beiden Vorverarbeitungsschritte von einer anderen Software wie Solve/nuSolve durchgeführt, und die Vienna VLBI and Satellite Software (VieVS) verwendete stets externe Ergebnisse. Für das Vienna VLBI Analysis Center ist es wichtig, dass die Ambiguitätsauflösung und die ionosphärische Kalibrierung in VieVS berechnet werden können, um von den externen Ergebnissen in der vgosDB unabhängig zu sein. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit einem neuen Ansatz der Ambiguitätsauflösung mit Multiband-Singleband-Delay-Differenzen. Mithilfe von Dreiecksschlüssen können die Ambiguitäten pro Basislinie mit einem Netzwerk aller Stationen berechnet werden. Der Ansatz wurde erfolgreich mit S/X-Band-Sessions der Continuous Very Long Baseline Interferometry Campaign 2017 (CONT17) getestet und hat gezeigt, dass auch VLBI-Sessions mit Clock Breaks gelöst werden können. Es gab einzelne Beobachtungen in CONT17-Sessions, die nach dieser automatischen Lösung noch eine Ambiguitätkorrektur benötigen, diese kann in VieVS manuell durchgeführt werden. Die ausschließliche manuelle Durchführung einer Ambiguitätsauflösung wird nicht empfohlen, da sie sehr zeitaufwendig ist und nur mit viel Übung durchgeführt werden kann. Darüber hinaus wurden alle notwendigen Schritte zur Software-Implementierung des neuen automatischen Ansatzes der Ambiguitätsauflösung in VieVS erarbeitet. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Berechnung der ionosphärischen Kalibrierung genauer beschrieben. Das Thema ist besonders relevant, da sich im Laufe der Zeit die Methoden zur Berechnung der effektiven Frequenzen und der ionosphärischen Kalibrierung stark verändert haben, was zu Inkonsistenzen in den vgosDB-Dateien führt. Hier konnte gezeigt werden, dass die berechnete Lösung der ionosphärischen Korrektur für CONT17 bis zu 100 ps von der vgosDB abweichen kann. Der folgende Effekt der Differenz in den Stationskoordinaten betrug bis zu 1 mm. In Zusammenarbeit mit dem Vienna VLBI Analysis Center war es möglich, die aktualisierte Berechnung für die ionosphärische Kalibrierung in VieVS zu implementieren, sodass die Werte direkt berechnet werden können, anstatt externe Ergebnisse zu verwenden.

Very Long Baseline Interferometry (VLBI) has a very important role in geodesy as it provides important products such as all five Earth Orientation Parameters (EOP) and it is the only space geodetic technique that contributes to the International Celestial Reference Frame (ICRF). At the beginning of the VLBI analysis, it is needed to do the resolution of the ambiguities for S/X band multiband delays and the calculation of the ionospheric calibration. In the past, these two pre-processing steps were performed by other software packages such as Solve/nuSolve, and the Vienna VLBI and Satellite Software (VieVS) always used external results. For the Vienna VLBI Analysis Center it is important that the ambiguity resolution and ionospheric calibration can be calculated in VieVS in order to be independent of the external results in the vgosDB. The first part of the thesis deals with a new approach of the ambiguity resolution based on multiband-singleband delay differences. Using triangle delay closures, the ambiguities per baseline can be calculated with a network of all stations. The approach was successfully tested with S/X band sessions of the Continuous Very Long Baseline Interferometry Campaign 2017 (CONT17) and has shown that VLBI sessions with clock breaks can also be solved. There have been individual observations in CONT17 Sessions that still require an ambiguity correction after this automated solution, these can be solved manually in VieVS. Performing an ambiguity resolution exclusively manually is not recommended, as it is very time consuming and can only be done with practice. Furthermore, all the necessary steps required for software implementation of the new automatic ambiguity resolution approach in VieVS were worked out. In the second part of the thesis, the calculation of the ionospheric calibration was described in more detail. The topic is particularly relevant because over time, the methods for calculating the effective frequencies and ionospheric calibration have changed significantly which leads to inconsistencies in the vgosDB files. Here it could be shown that the calculated solution of the ionospheric contribution for CONT17 can deviate from the vgosDB up to 100 ps. The following effect of the difference in the station coordinates was up to 1 mm. Together with the Vienna VLBI Analysis Center, it was possible to implement the updated calculation for the ionospheric calibration in VieVS so that the values can be calculated on the fly instead of using external results.